AT2017gfo/GW170817: astrofísicos descobrem a explosão perfeita no espaço

Quando as estrelas de nêutrons colidem, elas produzem uma explosão que, ao contrário do que se acreditava até recentemente, tem a forma de uma esfera perfeita. Embora como isso seja possível ainda seja um mistério, a descoberta pode fornecer uma nova chave para a física fundamental e para medir a idade do Universo.

Explosões chamadas de kilonovas [1] (causada por duas estrelas de nêutrons que orbitam uma à outra e finalmente colidem) são responsáveis ​​por criar coisas grandes e pequenas no universo, desde buracos negros até os átomos no anel de ouro em seu dedo e o iodo em nossos corpos. Kilonovas dão origem às condições físicas mais extremas do Universo e são nessas condições extremas que o Universo cria os elementos mais pesados ​​da tabela periódica, como o ouro, a platina e o urânio.

Mas ainda há muito que desconhecemos sobre esse fenômeno violento. Quando uma kilonova [1] foi detectada a 140 milhões de anos-luz de distância em 2017, essa foi a primeira vez que os cientistas puderam coletar dados detalhados. Cientistas de todo o mundo ainda estão interpretando os dados dessa explosão colossal, incluindo Albert Sneppen e Darach Watson, da Universidade de Copenhague, que fizeram uma descoberta surpreendente.

Albert Sneppen, doutorando no Instituto Niels Bohr e primeiro autor do estudo publicado na revista Nature, explicou:

Você tem duas estrelas supercompactas que orbitam uma à outra 100 vezes por segundo antes de entrar em colapso. Nossa intuição e todos os modelos anteriores dizem que a nuvem de explosão criada pela colisão deve ter uma forma achatada e bastante assimétrica.

Albert Sneppen

É por isso que ele e seus colegas de pesquisa ficam surpresos ao descobrir que esse não é o caso da kilonova de 2017. Ela é completamente simétrica e tem uma forma próxima de uma esfera perfeita.

Darach Watson, professor associado do Instituto Niels Bohr e segundo autor do estudo, declarou:

Ninguém esperava que a explosão fosse assim. Não faz sentido que seja esférica, como uma bola. Mas nossos cálculos mostram claramente que é. Isso provavelmente significa que as teorias e simulações de kilonova [1] que temos considerado ao longo dos últimos 25 anos carecem de fundamentos de astrofísica.

Darach Watson

A forma esférica é um mistério

Mas como a kilonova [1] pode ser esférica é um verdadeiro mistério. De acordo com os pesquisadores, deve haver física inesperada em jogo:

A maneira mais provável de tornar a explosão esférica é se uma grande quantidade de energia sair do centro da explosão e suavizar uma forma que de outra forma seria assimétrica. Portanto, a forma esférica nos diz que provavelmente há muita energia no centro da colisão, que foi imprevista.

Albert Sneppen

Quando as estrelas de nêutrons colidem, elas se unem, brevemente como uma única estrela de nêutrons hipermassiva, que então colapsa em um buraco negro. Os pesquisadores especulam se é nesse colapso que grande parte do segredo está escondido:

Talvez uma espécie de ‘bomba magnética’ seja criada no momento em que a energia do enorme campo magnético da estrela de nêutrons hiper massiva é liberada quando a estrela colapsa em um buraco negro. A liberação de energia magnética pode fazer com que a matéria na explosão seja distribuída de forma mais esférica. Nesse caso, o nascimento do buraco negro pode ser muito energético.

Darach Watson

No entanto, essa teoria não explica outro aspecto da descoberta dos pesquisadores. De acordo com os modelos anteriores, enquanto todos os elementos produzidos são mais pesados ​​que o ferro, os elementos extremamente pesados, como o ouro ou o urânio, devem ser criados em locais diferentes da kilonova que os elementos mais leves, como o estrôncio ou o criptônio, e devem ser expulsos em direções diferentes. Os pesquisadores, por outro lado, detectam apenas os elementos mais leves e estão distribuídos uniformemente no espaço.

Eles, portanto, acreditam que as enigmáticas partículas elementares, neutrinos, sobre as quais muito ainda se desconhece, também desempenham um papel fundamental no fenômeno.

Uma ideia alternativa é que nos milissegundos que a estrela de nêutrons hiper massiva vive, ela emite muito poderosamente, possivelmente despejando uma quantidade inumerável de neutrinos. Neutrinos podem fazer com que nêutrons se convertam em prótons e elétrons e criar elementos menos massivos, em geral. Essa ideia também tem deficiências, mas acreditamos que os neutrinos desempenham um papel ainda mais importante do que pensávamos.

Albert Sneppen

Um novo governante cósmico

A forma da explosão também é interessante por um motivo totalmente diferente, segundo Albert Sneppen:

Entre os astrofísicos há muita discussão sobre a velocidade com que o Universo está se expandindo. A velocidade nos diz, entre outras coisas, quantos anos o Universo tem. E os dois métodos que existem para medi-lo divergem em cerca de um bilhão de anos. Aqui podemos ter um terceiro método que pode complementar e ser testado contra as outras medições.

Albert Sneppen

A chamada “escada de distância cósmica” é o método usado hoje para medir o quão rápido o Universo está crescendo. Isso é feito simplesmente calculando a distância entre diferentes objetos no universo, que atuam como degraus na escada.

Darach Watson complementou:

Se eles são brilhantes e principalmente esféricos, e se sabemos a que distância estão, podemos usar as quilonovas como uma nova maneira de medir a distância independentemente – um novo tipo de régua cósmica. Saber qual é a forma, é crucial aqui, porque se você tem um objeto que não é esférico, ele emite de forma diferente, dependendo do seu ângulo de visão. Uma explosão esférica proporciona uma precisão muito maior na medição.

Darach Watson

Darach Watson enfatiza que isso requer dados de mais Kilonovas [1]. Eles esperam que os observatórios LIGO detectem muito mais quilonovas nos próximos anos.

Nota [1] Kilonova

Estrelas de nêutrons são estrelas extremamente compactas que consistem principalmente de nêutrons. Eles normalmente têm apenas cerca de 20 quilômetros de diâmetro, mas podem pesar uma vez e meia a duas vezes mais que o Sol. Uma colher de chá de matéria de estrela de nêutrons pesaria tanto quanto o Monte Everest.

Quando duas estrelas de nêutrons colidem, ocorre o fenômeno de uma kilonova. Este é o nome da explosão gigantesca que a fusão é uma bola de fogo radioativa que se expande a uma velocidade enorme e consiste principalmente de elementos pesados ​​formados na fusão e suas consequências – tanto os mais leves quanto os muito pesados ​​- que são ejetados para o espaço.

O fenômeno foi previsto em 1974 e claramente observado e identificado pela primeira vez em 2013. Em 2017, dados detalhados de uma kilonova foram obtidos pela primeira vez, quando os detectores LIGO (nos EUA) e Virgo (na Europa) conseguiram sensacionalmente medir a gravidade ondas da kilonova AT2017gfo, que estava em uma galáxia a 140 milhões de anos-luz de distância.

Artigo Científico

A descoberta pelos astrofísicos da Universidade de Copenhague foi publicada na revista Nature no artigo intitulado “Spherical symmetry in the kilonova AT2017gfo/GW170817”, assinado por Albert Sneppen, Darach Watson, Andreas Bauswein, Oliver Just, Rubina Kotak, Ehud Nakar, Dovi Poznanski e Stuart Sim.

Fontes

Universidade de Turku: Astrophysicists discover a puzzlingly perfect spherical explosion in space

Universidade de Copenhagen: Astrophysicists discover the perfect explosion in space

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